关于多带隙半导体材料及太阳电池的分析

多带隙半导体是一种理想的半导体材料,它具有两个或两个以上被很窄的能带(或杂质带)分开的带隙.各个带隙有不同的宽度,因此,这种半导体对不同波长的光都有很好的吸收.A.Luque等提出了以这种半导体所构成的多带隙太阳电池模型,M.Green估算其理想转换效率上限高达86.8%.本文对这种电池的模型进行了分析,并提出了实现多带隙半导体材料和多带隙太阳电池的途径.     

衬底温度对碲化镉薄膜性质及太阳电池性能的影响

蒸汽输运法是制备高质量且大面积均匀的CdTe薄膜的一种优良的方法。采用自主研发的一套蒸汽输运沉积系统制备了CdTe多晶薄膜, 并研究了衬底温度对CdTe薄膜性质及太阳电池性能的影响。利用XRD、SEM、UV-Vis和Hall等测试手段研究了衬底温度对薄膜的结构、光学性质和电学性质的影响。结果表明, 蒸汽输运法制备的CdTe薄膜具有立方相结构, 且沿(111)方向高度择优。随着衬底温度的升高(520℃~640℃), CdTe薄膜的平均晶粒尺寸从2 μm增大到约6 μm, CdTe薄膜的载流子浓度也从1.93×10¹⁰ cm^-3提高到2.36×10¹³ cm^-3, 说明提高衬底温度能够降低CdTe薄膜的缺陷复合, 使薄膜的p型更强。实验进一步研究了衬底温度对CdTe薄膜太阳电池性能的影响, 结果表明适当提高衬底温度, 能够大幅度提高电池的效率、开路电压和填充因子, 但是过高的衬底温度又会降低电池的长波光谱响应, 导致电池转换效率的下降。经过参数优化, 在衬底温度为610℃、无背接触层小面积CdTe薄膜太阳电池的转换效率达到11.2%。     

近空间升华沉积CdTe多晶薄膜过程的研究

研究了近空间升华（CSS）沉积CdTe多晶薄膜的物理机制,测量了近空间沉积装置内的温度分布,分析了升温过程、气压与薄膜的初期成核的关系,优化了升温过程,在此基础上制备出了转换效率优良的结构为SnO2：F／CdS／CdTe／Au的串联集成太阳电池。同时结果表明：近空间升华制备TdTe多晶薄膜的物理过程主要是,Cd代升华前升温,Cd代源升华分解为Cd、Te2, Cd、Te2在衬底上化合沉积以及衬底上的CdTe反升华等过程。在正常的近空间升华过程中,CdTe的蒸汽压远小于保护气体的气压。后者对对成核的晶粒方向几乎没有影响,但它通过改变分子平均自由程来影响Cd、Te2分子的扩散,从而影响薄膜的生长速率。     

具有复合背接触层的 CdTe多晶薄膜太阳电池

为了提高CdTe太阳电池的背接触性能,用共蒸发法制备了ZnTe：Cu和Cd1-xZnxTe多晶薄膜。研究结果表明：Cd1-xZnxTe多晶薄膜的能隙与锌含量呈二次方关系,ZnTe：Cu多晶薄膜能隙随着掺Cu浓度的增加而减小。分别用ZnTe／ZnTe：Cu和Cd1-xZnxTe／ZnTe:Cu复合膜作为背接触层,既能修饰异质结界面,改善电池的能带结构,又能防止Cu原子向电池内部扩散。因此获得了面积0．502cm^2,转换效率为13．38％的CdTe多晶薄膜太阳电池。     

Br2-甲醇蚀刻对CdTe太阳电池性能的影响

在镀上金属电极前,对CdTe表面进行化学蚀刻是制备高效率碲化镉薄膜太阳电池的关键技术之一.本实验用Br2-甲醇对热处理后的CdTe薄膜进行蚀刻,并利用XRD、AFM研究其结构、成分和形貌.结果表明:蚀刻后的CdTe薄膜获得一银灰色的光洁表面,并发现CdTe薄膜表面产生一富Te层,蚀刻厚度达到1μm获得性能最好的太阳电池.用Br2-甲醇蚀刻后的CdTe薄膜,采用ZnTe/ZdTe:Cu复合层作为背接触层的过度层,已获得了转换效率为13.38%的太阳电池.     

近空间升华法氧气氛下CdTe源的性能

在用近空间升华法制备CdTe多晶薄膜时,由于CdTe源在有O2的环境下多次使用,造成了源表面氧化,进而失效,严重影响所沉积的CdTe多晶薄膜性能.文中研究了多次使用后CdTe源结构形貌、成分等性能.结果表明:多次使用后的CdTe源表面有变黄的趋势,源表面有CdO粉末的存在,经H2在一定条件的高温还原,可以去除表面的氧化物,为源的重复使用奠定基础.     

Cd_(1-x)Zn_xS(x=0.88)多晶薄膜的制备及性能研究

采用真空共蒸发法制备了Cd1-xZnxS多晶薄膜,研究了Cd1-xZnxS(x=0.88)多晶薄膜的结构与光电特性。XRD的结果表明,0x≤0.9,Cd1-xZnxS薄膜为六方结构,高度择优取向;荧光光谱分析与Ve-gard定理的结果以及石英振荡法监测的Cd1-xZnxS多晶薄膜的组分吻合;制备的Cd1-xZnxS多晶薄膜的光学透射谱的吸收边随Zn含量的增加发生蓝移,其光学能隙调制在CdS与ZnS能隙之间;最后测量了Cd1-xZnxS薄膜室温电阻率及暗电导率随温度的变化情况,计算了Cd1-xZnxS薄膜的电导激活能。     

CdS/CdTe叠层太阳电池的制备及其性能

CdS/CdTe太阳电池是薄膜太阳电池研究工作的一个重要方向.为了提高开路电压Voc、改善电池的光谱响应,进而提高电池的转换效率,在此提出CdS/CdTe叠层太阳电池结构.文中,叠层电池的顶电池由CdS/CdTe超薄层构成;底电池由CdS/CdTe薄膜层构成.经分析测试,实验制备的CdS/CdTe叠层太阳电池具有明显的叠层结构,开路电压最高达到了852mV,短路电流密度最大为13mA/cm2,填充因子最高为55.2%,这种叠层电池的效率达到了8.16%(0.071cm2).研究表明相对于传统的单层CdS/CdTe太阳电池,CdS/CdTe叠层电池的制备对研究如何提高CdS/CdTe太阳电池的光伏性能有一定的参考价值.     

CdCl_2溶液渗透退火对CdTe太阳电池均匀性的影响

CdTe退火是高效CdTe太阳电池制备中的关键步骤.均匀性是大面积太阳电池性能的决定性因素之一.对比研究了用CdCl2溶液渗透、CdCl2源蒸发、超声雾化CdCl2退火方式处理后电池的均匀性.比较了电池光Ⅳ曲线中的开路电压、短路电流密度、填充因子、效率的相对标准差以及效率位置分布图,得出溶液渗透方法得到的35个电池电池效率的相对标准差为0.00935、CdCl2源蒸发退火及超声雾化CdCl2退火的分别为0.0707和0.0643.结果表明,CdCl2溶液渗透退火比其他两种方式处理后电池的均匀性好.     

ZnTe:Cu多晶薄膜结构和电性质

用共蒸发法在室温下制备了ZnTe：Cu多晶薄膜,利用XRD、AFM和XPS等测试技术对样品进行了表征,研究了掺Cu浓度和退火温度对薄膜物相和晶粒度的影响,分析了薄膜表面的元素状态。根据铜离子的变价行为对异常的电阻率温度关系作了解释。并确定了最佳掺铜浓度和退火温度。